JP2004164547A - Electronic equipment with communication function - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure communication without any influence by a metallic box. <P>SOLUTION: The electronic equipment comprises a metallic box 122 which houses electric parts, and a communication antenna part 90 which is arranged in the box 122 and makes communication with an IC card 110 having an antenna part 115 built-in and having communication function. The communication antenna part 90 is arranged in the box 122 at such a position that, when the IC card 110 approaches the box 122, a part of the antenna part 115 built in the IC card 110 overlaps with a part of the communication antenna part 90 and a part of the antenna part 115 on the side of the IC card 110 does not overlap with the box 122, thereby suppressing the reduction in inductance of the antenna part 115 on the IC card 110 side. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁場を誘導結合する非接触型のICカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行う通信機能を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のICカードやICタグ等を用いた、いわゆるRFID(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。このRFIDシステムは、図1に模式的に示すように、非接触式ICカード100と、このICカード100に対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタ101とから構成されている。このRFシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ101側のループアンテナ102から磁束が放射されると、放射された磁束が誘導結合によってICカード100側のループアンテナ103と磁気的に結合し、ICカード100とリーダライタ101との間で通信が行われる。
【0003】
このようなRFIDシステムでは、従来の接触型ICカードシステムのように、リーダライタに対してICカードを装填したり金属接点を接触させたりする手間が省け、簡易且つ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。
【0004】
このRFIDシステムでは、電磁誘導によりリーダライタ101からICカード100に対して必要な電力の供給が行われるため、ICカード内に電池等の電源を持つ必要がなく、構成を簡素化でき低価格で信頼性の高いICカードを提供することができる。
【0005】
上述したRFIDシステムでは、ICカード100とリーダライタ101との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ102をリーダライタ101側に設ける必要がある。
【0006】
一般に、リーダライタ101用のループアンテナ102は、図2に示すような平面状に導線が巻線されたループコイル200からなっており、このループコイル200は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を等しくした対称形状を有している。なお、これらの具体例としては、Reader/Writerモジュール91に接続された本体側アンテナ90(例えば、特許文献1を参照。)や、リードライト装置RW2のAG1,AG2,AG3(例えば、特許文献2を参照。)等が挙げられる。
【0007】
したがって、このような対称形状を有するリーダライタ101用のループアンテナ102では、図3に示すような対称な磁場分布となる。
【0008】
このループアンテナ102によりICカード100に誘導された電流強度のカード位置依存性を図4に示すと、ループコイル200の中心部を挟んで相対向する位置に、2つの通信可能な領域S1’,S2’が形成されることになる。具体的に、通信可能な領域S1’は、リーダーライタ101側のループアンテナ102とICカード100側のループアンテナ103との互いに対向する各4辺から発生する磁界がそれぞれの位置で誘導結合した理想的な結合状態であるのに対して、この通信可能な領域S1’より外側になると、リーダーライタ101側のループアンテナ102が発生する磁場の向きが反転する中央の領域でICカード100側のループアンテナ103に錯交する磁場が互いに打ち消し合うために、誘導電流が通信に必要なレベル以下となる。さらに、外側に向かうとリーダーライタ101側のループアンテナ102とICカード100側のループアンテナ103との4辺のうち、1辺同士のみが結合するために、通信可能な領域S1’より誘導電流が小さく且つ狭い通信可能な領域S2’が現れる。
【0009】
なお、図4において、横軸の原点0は、リーダライタ101側のループアンテナ102の中心位置を示し、正方向は、ICカード100が原点0から外側に向う方向を示す。一方、縦軸は、リーダライタ101側のループアンテナ102の磁界が電磁誘導によってICカード100側のループアンテナ103に発生させた誘導電流強度を示し、図4中点線s’で示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。
【0010】
ここで、ICカード100側のループアンテナ103とリーダライタ101側のループアンテナ102との中心位置が一致したところ、すなわち原点0から外側に通信可能な領域S1’が連続的に大きく広がるほど、使い勝手が良いことになる。
【0011】
上述した従来のループコイル200では、原点0から外側に向かうと、通信可能な領域S1’から一旦外れて通信不可能な領域に入り、更に外側に向かうことによって通信可能な領域S2’に再び入ることになる。実用的な観点からは、通信可能な領域S1’と通信可能な領域S2’との間に通信不可能な領域のない、換言すれば、通信可能な領域S1’のみを広げることが望ましい。
【0012】
このようなリーダライタ101用のループアンテナ102は、渦電流の影響等によりMg合金等の金属製の筐体にそのまま取り付けて使用することができない。このため、図5に示すように、金属製の筐体300を使用する場合には、この筐体300とループコイル200との間に磁性体シート301を介在させ、このループコイル200上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂シート302を配置した構造としている。この場合も、リーダライタ101用のループアンテナ102は、ICカード100に対して効率よく電磁場を放射することができず、上述したICカード100とリーダライタ101との通信可能な範囲が狭くなるといった問題が発生してしまう。
【0013】
筐体400を合成樹脂により形成した場合には、図6に示すように、電子回路に電磁誘導ノイズを発生させないように、合成樹脂製の筐体400内にある電気回路基板401とループアンテナ102との間にスペーサ402を配置する必要があり、厚さが大きくなってしまう。従来のリーダライタ101用のループアンテナ102は、ICカード100側のループアンテナ103とほぼ同じ大きさを有している。このような従来のリーダライタ101用のループアンテナ102では、小型化及び薄型化が困難である。
【0014】
以上のような技術的な困難性がある一方で、例えば携帯可能な小型の電子機器を構成する合成樹脂製の筐体や金属製の筐体に、上述したリーダライタ101を搭載する場合がある。この場合、ICカード100の外形と同等若しくは小さく且つ薄型のリーダライタ用のループアンテナ102が必要となる。
【0015】
上述した携帯可能な小型の電子機器は、固定設置型の電子機器とは異なり、装置の大きさに制約があるために、配置空間を工夫したとしても、ループアンテナ102が放射する電磁場が内部に近接して配置された電子回路基板等に影響を与えることを低減したり、金属製の筐体によるループアンテナ102への影響を低減する目的で、その内部空間を確保するには大きな制約がある。したがって、金属製の筐体によるループアンテナ102への影響や、ループアンテナ102自身が放射する電磁場の電子回路基板等に与える影響を低減する新たな方法が望まれている。
【0016】
さらに、携帯可能な小型の電子機器は、低消費電力化の要求が強く、ループアンテナ102の駆動電流を大きくする余裕がなく、小さな駆動電流でも十分な磁場強度を確保することができる高効率なアンテナ構造が新たに必要となる。
【0017】
さらにまた、携帯可能な小型の電子機器は、設置場所の制限や操作部を構成するキーボード等の他の機能を実行する場所との位置関係によって、希望するR/W101の送受信位置が必ずしもループアンテナ102の中心とはならず、使い勝手を考慮した送受信位置を自由に設定したいといった携帯可能な小型の電子機器特有の要求もある。
【0018】
ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナ102への影響を低減し得る従来技術としては、板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減したICタグ・アンテナ(例えば、特許文献3を参照。)や、磁性材料を使いアンテナ磁界を偏向することにより金属体の影響を低減したカードローダ・アンテナ(例えば、特許文献4を参照。)がある。
【0019】
【特許文献1】
特開平10−144048号公報(第3−4頁、第4図)
【特許文献2】
特開2001−331829号公報(第19頁、第16図)
【特許文献3】
特開2001−331772号公報
【特許文献4】
特開2002−123799号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術は、いずれも使用電力及び設置場所が材料的及び空間的に制限された携帯可能な小型の電子機器において、最適な小型且つ薄型のR/W用のループアンテナを実現することが困難である。
【0021】
本発明の目的は、上述したような従来の技術が有する問題点を解消し得る新規な通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0022】
本発明の他の目的は、機器本体を構成する筐体を構成する材料の影響を低減することによって、書き込み及び/又は読み出し情報の正確な授受を可能とした通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0023】
本発明に更に他の目的は、機器自体の更なる小型化及び高性能化を可能とした通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上述したような目的を達成するため、本発明に係る通信機能付き電子機器は、部品を収納する金属製の筐体と、この筐体に配置され、ループアンテナが内蔵された通信機能を備えたICカードと通信を行う通信用アンテナ部とを備え、通信用アンテナ部は、ICカードが筐体に接近したとき、ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部が通信用アンテナ部の一部に重なり、ICカード側のアンテナ部の一部が筐体と重ならない位置にするように筐体に配設されている。ここで、ICカード側のアンテナ部には、ループコイルからなるループアンテナが用いられる。
【0025】
金属製の筐体は、少なくとも通信用アンテナ部が配設されると共にICカードの一部が対向される領域の幅を、少なくとも短辺と長辺を有し長方形状に形成されたICカードの長辺方向の長さより小さくされている。
【0026】
本発明に係る電子機器の金属製の筐体には、この筐体に配設されるアンテナ部の位置を示す指標部が設けられている。
【0027】
金属製の筐体のICカードが対向される領域には、ICカードの筐体に対向する位置を位置決めする位置決め部が設けられている。
【0028】
本発明に係る電子機器は、アンテナ部が内蔵された通信機能を備えたICカードを、金属製の筐体に接近、すなわち筐体上に位置させたとき、ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部のみが筐体側の通信用アンテナ部の一部に重なり、ICカードへの書き込み又は読み出される情報の授受を行う通信特性の劣化を防止する。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に通信機能付き電子機器を図面を参照して説明する。
【0030】
まず、本発明に係る通信機能付きの電子機器に用いられるアンテナ装置を説明する。このアンテナ装置は、図7に示すような構成を備えたRFIDシステムに用いられる。RFIDシステムは、図7に示すように、非接触型ICカード1と、このICカード1に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ(以下、R/Wという。)50とから構成されている。
【0031】
ICカード1は、例えばISO7810に準拠した電池等の電源を内蔵していない所謂バッテリレスのICカードである。このICカードは、いわゆるクレジットカードと同サイズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさの短辺と長辺を有する長方形状に形成されている。このICカード1は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ2と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路及びメモリが集積されたIC(Integrated Circuit)3とを有している。
【0032】
ループアンテナ2は、平面状に導線が巻線されたループコイル4からなり、このループコイル4と並列に接続されたコンデンサ5と共に共振回路を構成している。このループアンテナ2は、後述するR/W50側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、ICに供給する。
【0033】
IC3は、ループコイル4から供給された電気信号を整流平滑する整流回路6と、整流回路6から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ7と、整流回路6から供給された電気信号の高域成分を抽出するHPF(High Pass-Filter)8と、HPF8から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路9と、この復調回路9から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ10と、復調回路9から供給されるデータを記憶するメモリ11と、ループコイル4により送信するデータを変調する変調回路12とを備える。
【0034】
整流回路6は、ダイオード13、抵抗14及びコンデンサ15から構成されている。このうち、ダイオード13のアノード端子がループコイル4及びコンデンサ5の一端に接続され、ダイオード13のカソード端子が抵抗14及びコンデンサ15の一端に接続され、抵抗14及びコンデンサ15の他端がループコイル4及びコンデンサ5の他端に接続されている。この整流回路6は、ループコイル4から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ7及びHPF8に出力する。
【0035】
レギュレータ7は、上述した整流回路6のダイオード13のカソード端子、抵抗14及びコンデンサ15の一端と接続されている。このレギュレータ7は、整流回路6から供給された電気信号の電圧変動(データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ10に供給する。これにより、シーケンサ10等の誤動作の原因となる、例えばICカード1の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びにICカード1内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。
【0036】
HPF8は、コンデンサ16及び抵抗17により構成されており、上述した整流回路6から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路9に出力する。
【0037】
復調回路9は、上述したHPF8のコンデンサ16の他端及び抵抗17の一端と接続されており、このHPF8から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ10に出力する。
【0038】
シーケンサ10は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)を内部に有し、上述した復調回路9と接続されている。このシーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)をRAMに記憶させ、ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ11に格納されているデータを読み出し、或いはメモリ11に復調回路9から供給されるデータを書き込む。このシーケンサ10は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路12に供給する。
【0039】
メモリ11は、データの保持に電力を必要としないEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ10と接続されている。このメモリ11は、シーケンサ10の解析結果に基づいて、復調回路9から供給されるデータを記憶する。
【0040】
変調回路12は、インピーダンス18とFET(Field Effect Transistor)19との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス18の一端が上述した整流回路6のダイオード13のカソード端子に接続され、インピーダンス18の他端がFET19のドレイン端子と接続され、FET19のソース端子が接地点に接続され、FET19のゲート端子がシーケンサ10と接続されている。この変調回路12は、上述した共振回路を構成するループコイル4と並列に接続されており、FET19をシーケンサ10からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル4に対するインピーダンス18の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。
【0041】
これに対して、R/W50は、送受信するデータの制御を行う制御回路51と、データの変調及び復調を行う変調回路52及び復調回路53と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ54とを有して構成される。
【0042】
制御回路51は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路52及び復調回路53を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路52に供給する。また、制御回路51は、復調回路53からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。
【0043】
変調回路52は、制御回路51から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ54に供給する。
【0044】
復調回路53は、ループアンテナ54からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路51に供給する。
【0045】
ループアンテナ54は、導線を平面状に巻線したループコイルからなり、変調回路52より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、ICカード1側のループコイル4の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ54には、R/W50のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。
【0046】
以上のように構成されるRFIDシステムでは、IDカード1に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、R/W50の制御回路51が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ(書き込みデータ)を生成し、変調回路52に供給する。変調回路52は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ54に供給する。ループアンテナ54は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。
【0047】
ここで、ICカード1のループコイル4及びコンデンサ5からなる共振回路の共振周波数は、R/W50からの発振周波数(キャリア周波数)に対応する値、例えば13.56MHzに設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、IC3に供給する。変換された電気信号は、整流回路6に入力され、この整流回路6により整流平滑された後、レギュレータ7に供給される。そして、このレギュレータ7は、整流回路6から供給された電気信号の電圧変動(データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ10に供給する。
【0048】
整流回路6により整流平滑された信号は、変調回路12を介してHPF8に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路9に供給される。この復調回路9は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ10に供給する。シーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)をRAMに記憶させ、ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ11に復調回路9から供給された書き込みデータを書き込む。
【0049】
一方、シーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ11から読み出す。また、シーケンサ10は、読み出しデータに対応して、変調回路12のFET19がスイッチング動作される。すなわち、変調回路12では、FET19がオンされると、インピーダンス18にループコイル4が並列に接続され、FET19がオフされると、インピーダンス18とループコイル4との並列接続が解除される。その結果、このICカード1側のループアンテナ2と磁気的に結合しているR/W50側のループアンテナ54のインピーダンスが、読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ54の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、R/W50は、この変動分を復調回路53が復調することで、読み出しデータを受信することができる。
【0050】
以上のようにして、ICカード1とR/W50との間で通信が行われ、ICカード1に対してR/W50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。
【0051】
ところで、上述したR/W50側のループアンテナ54は、図8に示すように構成されたアンテナ装置80を用いた。このアンテナ装置80は、電磁場を誘導結合するためのループコイル81と、このループコイル81のICカード1と対向する主面とは反対側の主面と対向して配置された磁性体シート82とを有している。
【0052】
ループコイル81は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板83の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル81の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル81となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル81となる導体パターンを形成してもよい。
【0053】
ループコイル81は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称の形状とされている。すなわち、このループコイル81は、一の方向(図8中矢印Zで示す上下方向)において、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下辺部81aと、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部上81bとを有している。
【0054】
一方、磁性体シート82は、その主面内にループコイル81が収まるように、ループコイル81よりも大きい矩形状に形成されている。このアンテナ装置80は、ループコイル81のICカード1と対向する面とは反対側の面に磁性体シート82が貼り合わされた構造を有している。
【0055】
この場合、アンテナ装置80の図8中矢印Zで示す一の方向の磁場分布は、図9に示すように、ループコイル81の各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部81bにおいて強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置80による磁場分布は、図3に示すような対称な磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。
【0056】
本発明に係るアンテナ装置80は、ループコイル81を非対称な形状とし、このループコイル81による放射磁界分布を制御することによって、上述したICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。このアンテナ装置80では、ループコイル81の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【0057】
本発明に係るアンテナ装置80は、磁性体シート82をループコイル81のICカード1と対向する面とは反対側の面に対向配置することによって、ループコイル81のICカード1と対向する面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置80は、磁界強度が増強されることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を更に広げることができる。
【0058】
上述したR/W50に用いられるループアンテナ54は、図10に示すように構成されたアンテナ装置90を用いたものであってもよい。
【0059】
図10に示すアンテナ装置90は、電磁場を誘導結合するためのループコイル91と、このループコイル91の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート92とを有している。
【0060】
ループコイル91は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板93の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル91の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル91となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル91となる導体パターンを形成してもよい。
【0061】
ループコイル91は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称の形状とされている。すなわち、ループコイル91は、一の方向(図10中矢印Zで示す上下方向)において、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下辺部91aと、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部91bとを有している。また、ループコイル91の中心部には、磁性体シート92を貫通させるための貫通孔94が設けられている。
【0062】
一方、磁性体シート92は、ループコイル91の一の方向に沿って、このループコイル91を構成した巻線の最外幅よりも幅広となる矩形状の幅広部92aと、この幅広部92aの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル91の巻線の最内幅よりも幅狭となる矩形状の幅狭部92bとを有している。すなわち、この磁性体シート92において、幅広部92aは、その平面内にループコイル91の上辺部91bが収まるように、ループコイル91よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部92bは、ループコイル91の貫通孔94を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その平面内にループコイル91の下辺部91aが収まるように、このループコイル91よりも小さい矩形状を為している。
【0063】
このアンテナ装置90は、ループコイル91の貫通孔94に、ICカード1と対向する面とは反対側の面側からICカード1と対向する面側に向かって、磁性体シート92の幅狭部92bが貫通した状態で、ループコイル91に磁性体シート92が一の方向に沿って貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート92は、ループコイル91の巻線の間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、幅狭部92bの一方の面側がループコイル91のICカード1と対向する面に対向し、ループコイル91の巻線の間隔が広くなる上辺部91bにおいて、幅広部92aの他方の面側がループコイル91のICカード1と対向する主面とは反対側の面に対向して配置されている。
【0064】
この場合、アンテナ装置90により形成される図10中矢印Zで示す一の方向の磁場分布は、図11に示すように、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bにおいて強調された非対称なものとなる。
【0065】
したがって、アンテナ装置90は、ループコイル91を非対称の形状とし、ループコイル91による放射磁界分布を制御することによって、上述したICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。このアンテナ装置90は、ループコイル91の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【0066】
このアンテナ装置90は、ループコイル91の巻線間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、磁性体シート92の幅狭部92bがループコイル91のICカード1と対向する面に対向し、ループコイル91の巻線間隔が広くなる上辺部91bにおいて、磁性体シート92の幅広部92aがループコイル91のICカード1と対向する面とは反対側の面に対向して配置されていることから、ループコイル91のICカード1と対向する面のうち、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁場分布のみを強調することができる。また、 アンテナ装置90は、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁界強度が増強されることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を1箇所において大きく広げることが可能である。
【0067】
ところで、上述したアンテナ装置80,90は、磁性体シート82,92の面内方向において通信周波数における実効比透磁率μ’を20以上とし、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを6emu/cm2以上とすることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0068】
具体的に、磁性体シート82,92の通信周波数における実効比透磁率μ’と通信範囲との関係を調べたところ、図12に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置80,90の通信可能な範囲を広げるためには、磁性体シート82,92の比透磁率μ’を20以上とすることが好ましく、更に好ましくは、磁性体シート82,92の比透磁率μ’を30以上とすることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を更に広げることが可能である。
【0069】
磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tと通信距離との関係を調べたところ、図13に示すような測定結果が得られた。これらアンテナ装置80,90の通信距離を伸ばすためには、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを6emu/cm2以上とすることが好ましく、さらに10emu/cm2以上とすることが好ましい。これら磁性体シート82,92は、その保持力Hcが10Oe以下であることが好ましい。
【0070】
上述したアンテナ装置80,90は、必要な通信範囲に応じて、磁性体シート82,92の比透磁率μ’と、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tとを設定することを特徴としており、これら磁性体シート82,92の比透磁率μ’及び飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを最適化することによって、ICカード1とリーダライタ50との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0071】
これらのアンテナ装置80,90は、通信性能を向上させることによって、ループコイル81,91の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能となる。このようなアンテナ装置80,90を用いるR/W等の電子機器装置全体の厚みを1mm以下とすることが可能であり、更なる小型化及び薄型化が可能である。
【0072】
なお、上述したアンテナ装置80,90は、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を同時に異ならせたものに限定されず、例えばループコイル81,91の各巻線間の間隔のみを異ならせたものであってもよい。また、ループコイル81,91を非対称の形状する一の方向は、放射磁界分布を広げたい任意の方向に設定することが可能である。例えば、上述したZ方向と直交する方向において、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよく、これらZ方向及びZ方向と直交する方向において、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称の形状としてもよい。
【0073】
このように、上述したアンテナ装置80,90は、ループコイル81,91を非対称の形状とする方向によって、ループコイル81,91の放射磁界分布を制御することが可能であり、ICカード1に対するR/W50の読み出し及び書き込み位置を任意に調整することが可能である。
【0074】
次に、上述した図8に示すアンテナ装置(以下、平面非対称型ループアンテナという。)80と、図10に示す他のアンテナ装置(以下、立体非対称型ループアンテナという。)90と、図2に示す従来のアンテナ装置(以下、平面対称型ループアンテナという。)200とについて、図14に示す合成樹脂を用いて形成した筐体に配置した場合と、図15に示す金属を用いて形成した筐体に配置した場合との通信性能の比較をそれぞれ行った。
【0075】
なお、ここで比較するために用いた従来のアンテナ装置200においても、ICカードと対向する面とは反対側の面に磁性体シートを配置した構成とした。
【0076】
なお、図14及び図15は、R/W側に配置された各ループアンテナ80,90,200によりICカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点0は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の中心位置を示し、正方向は、ICカードが原点0から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の磁界が電磁誘導によってICカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示し、図中点線sで示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。なお、図14及び図15において、細線Aは、平面対称型ループアンテナ200の特性を示し、中太線Bは、平面非対称型ループアンテナ80の特性を示し、太線Cは、立体非対称型ループアンテナ90の特性を示す。
【0077】
各ループアンテナ80,90,200を合成樹脂製の筐体に用いた場合、従来の平面対称型ループアンテナ200は図14中Aに示すように、2つの通信可能な領域S1’,S2’が形成されてしまい、それぞれの通信可能な範囲も狭くなっていることが分かる。これに対して、本発明の平面非対称型ループアンテナ80は、図14中Bに示すように、2つの通信可能な領域S1,S2が形成されるものの、領域S1の通信可能な範囲が大きく広がっていることがわかる。また、本発明の立体非対称型ループアンテナ90は、図14中Cに示すように通信可能な領域Sが中央よりに一箇所のみ形成されており、その通信可能な範囲も他と比べて最も広がっていることがわかる。このように、通信可能な領域Sが一箇所のみに形成されるのは、立体非対称型のループアンテナ構造をとることによって、図11の磁場分布が示すように単一放射磁場が形成されたためである。なお、図9には、非対称な相方向放射磁場が描かれている。
【0078】
一方、各ループアンテナ80,90,200を金属製の筐体に用いた場合には、この金属製の筐体の影響により何れのループアンテナ80,90,200も、図15に示すように、合成樹脂製の筐体に適用した場合に比べて通信可能な範囲が狭くなっているものの、従来の平面対称型ループアンテナ200に比べて、本発明の平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90の方が、誘導電流の落ち込みが少なく、筐体の材質による影響が少ないことがわかる。
【0079】
以上のことから、平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90は、原点0から外側に通信可能な領域S1,Sが連続的に広がることによって、その通信性能を向上させることが可能である。特に、立体非対称型ループアンテナ90では、通信可能な領域Sを1箇所において大きく広げることが可能なことから、使い勝手がよく、平面非対称型ループアンテナ80に比べてインピーダンスを低くすることが可能であり、低消費電力化に有利となっている。
【0080】
これら平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90では、筐体を構成する材料の性質による影響を少なくすることが可能であり、従来の平面対称型ループアンテナ200に比べて通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0081】
次に、上述した各ループアンテナ80,90,200について、ICカードと対向する面とは反対側の面に磁性体シートを配置しない場合と、磁性体シートを配置した場合との通信性能の比較を行った。その結果を図16及び図17に示す。図16及び図17は、R/W側に配置された各ループアンテナ80,90,200によりICカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点0は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の中心位置を示し、正方向は、ICカードが原点0から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の磁界が電磁誘導によってICカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示す。そして、図16は、磁性体シートを配置した場合の特性をに示し、図17は、磁性体シートを配置しない場合をに示す。図16及び図17において、細線Aは、平面対称型ループアンテナ200の特性を示し、中太線Bは、平面非対称型ループアンテナ80の特性を示し、太線Cは、立体非対称型ループアンテナ90の特性を示す。
【0082】
図16及び図17に示すように、各ループアンテナ80,90,200は、何れも磁性体シートを配置しない場合に比べて、磁性体シートを配置した場合の方が磁場強度を強め、結果として誘導電流強度を増強できることがわかる。このように、磁性体シートをループアンテナのICカードと対向する主面とは反対側の主面に配置することは、磁界強度の増強によってICカード側のループアンテナの誘導電流を高めることになり、R/Wの通信可能な範囲の拡大及び低消費電力化を図る上で大変有効である。
【0083】
次に、上述したRFIDシステムを図18に示すような通信端末装置70に適用された例を挙げて説明する。この通信端末装置70は、R/W50用のループアンテナ54として、上述した立体非対称型ループアンテナ90を用いている。
【0084】
この通信端末装置70は、PDA(Personal Digital Assistants)と呼ばれるユーザが持ち運び可能な小型の電子機器であり、例えば情報通信機能や、ストレージ機能、カメラ機能等を一つモジュール内に集約した構造を有している。
【0085】
通信端末装置70は、本体部71と、パネル部72とを有し、ヒンジ機構部73を介してパネル部72が本体部71に対して開閉可能に取り付けられている。本体部71には、各種操作を行うための操作ボタン等からなる入力部74が設けられており、この入力部74の下方には、上述したR/W50の立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。
【0086】
本体部71の内部には、各部を制御するマイクロコンピュータ(CPU)が設けられている。一方、パネル部72には、液晶表示パネルからなる表示部75が設けられており、入力部74による操作状態や、R/W50によるICカード1からの読み出しデータ等をCPUの制御のもとで表示することができる。ヒンジ機構部73には、CCDカメラ76が搭載されており、入力部74を操作し、このCCDカメラ76により撮影された画像を表示部75に表示することも可能である。
【0087】
通信端末装置70は、図19に示すように、小型軽量で薄型化を図った場合の剛性を確保するため、マグネシウム(Mg)合金等の金属により形成した筐体77を用いて本体部71を構成している。この金属製の筐体77内には、立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。このアンテナ90は、筐体77の内部に形成したアンテナ収納凹部77aに収納するように配置されている。アンテナ収納凹部77aに収納されたアンテナ90は、保護材であるポリカーボネート等の樹脂部材78に覆われて脱落が防止されている。なお、筐体77は、このような金属製のものに限らず、、例えば高剛性の合成樹脂等の非金属材料により形成したものであってもよい。
【0088】
ここで、立体非対称型ループアンテナ90は、ループコイル91が上述した一の方向をICカード1の走査方向となるようにして配置されている。ICカード1は、この通信端末装置70の入力部74とは反対側、すなわちループアンテナ90のループコイル91の巻線間隔及び線幅が狭くなる下辺部91aから走査されることになる。
【0089】
この場合、立体非対称型ループアンテナ90による磁場分布は、図20に示すように、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bにおいて強調されたものとなり、このループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁界強度が増強されることによって、ICカードとR/W50との通信可能な範囲Sを1箇所において大きく広げることが可能である。
【0090】
したがって、この通信端末装置70では、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を拡大することが可能であり、入力部74とは反対側からICカード1が走査される場合でも、立体非対称型ループアンテナ90の設置場所の制約によらず、ICカード1に対するデータの書き込み及び読み出しを適切に行うことが可能である。
【0091】
通信端末装置70は、本体部71を構成する筐体77を金属により形成した場合でも、立体非対称型ループアンテナ90を配置することによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲が狭まることを抑制することが可能である。
【0092】
更に、通信端末装置70は、ICカード1側のループアンテナ2よりもR/W50側のループアンテナ90を小さくすることも可能なことから、この装置の更なる小型化及び低消費電力化が可能である。
【0093】
次に、上述した通信端末装置70に搭載された立体非対称型ループアンテナ90の製造方法の一例について説明する。
【0094】
立体非対称型ループアンテナ90は、図21に示すフローチャートに示す手順に従って作製される。
【0095】
立体非対称型ループアンテナ90を作製するには、まず磁性体シート92を作製する。磁性体シート92を作製する際は、先ず、ステップS1において、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。ここでは、磁性粉として、Fe96重量%、Crを3重量%、Coを0.3重量%及びその他の磁性材料を含有するFe系磁性材料を用いた。
【0096】
その後、ステップS2において、この磁性塗料を濾過し、バインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。
【0097】
次に、ステップS3において、図22に示す押出し成形機を用いて、液溜め部95に溜められた磁性塗料96を一対のローラ97a,97bの間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性体シート92を作製する。
【0098】
次に、ステップS4において、長尺状の磁性体シート92を乾燥させ、この磁性体シート92中からバインダを除去する。
【0099】
次に、ステップS5において、図23に示す塗布装置を用いて、一対のローラ98a,98bの間に帯状の磁性体シート92を挟み込みながら、磁性体シート92aの一方の面に接着剤99を塗布する。
【0100】
次に、ステップS6において、帯状の磁性体シート92を所定の形状に型抜きプレスする。
【0101】
以上のようにして、図18(A)及び図18(B)に示すような磁性体シート92が作製される。
【0102】
次に、図24に示すように、上述したループコイル91を用意する。上述したように、このループコイル91は、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板93の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル91の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル91となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル91となる導体パターンを形成してもよい。ループコイル91の中心部には、磁性体シート92を貫通させるための貫通孔94が形成される。
【0103】
次に、図26に示すように、ループコイル91の貫通孔94に、磁性体シート90の幅狭部92bを貫通させ、このループコイル91と磁性体シート92とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体シート92は、接着剤99が塗布された面をループコイル91のICカード1と対向する面に対向するようにする。ループコイル91の巻線間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、幅狭部92bをループコイル91のICカード1と対向する主面に貼り付ける。これにより、ループコイル91の巻線間隔が広くなる上辺部91bにおいて、幅広部92aを上述した通信端末装置70のアンテナ収納凹部77aに貼り付けることができる。
【0104】
上述したような工程を経て立体非対称型ループアンテナ90を作製することができる。このように、立体非対称型ループアンテナ90は、ループアンテナ91の貫通孔94に磁性体シート92を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤99により貼り付けた製造が容易な構造を有している。
【0105】
磁性体シート92は、図27に示すように、比較的柔らかいフレキシブル性を有するものが好ましい。この場合、磁性体シート92の変形によってループコイル91の下辺部91aと上辺部91bとの変形を抑制し、この立体非対称型ループアンテナ90の全体の厚みT1を薄くすることができる。これに対して、図28に示すように、磁性体シート92が硬い場合には、ループコイル91の下辺部91aと上辺部91bとの変形が大きくなり、立体非対称型ループアンテナ90の全体の厚みT2が厚くなってしまう。
【0106】
ところで、上述したように、平面非対称型ループアンテナ80又は立体非対称型ループアンテナ90等を用いたアンテナ部を内蔵し、上述したようにループアンテナを備え誘導結合により非接触型のICカードとの間で、情報の授受を行うように構成された電子機器、例えば上述したような通信端末装置において、アンテナ部を内蔵する装置本体を構成する筐体をマグネシウム合金、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属より形成すると、この金属製の筐体にICカードを近接させたとき、ICカードが正常に作動しなくなる。すなわち、通信端末装置側及びICカード側のそれぞれに空芯型のコイルを用いたアンテナであるループアンテナを用いた場合には、通信端末装置の筐体を金属製にすると、ICカードに設けたループアンテナのインダクタンスが減少し、共振周波数が上がることにより、通信端末装置とICカードとの間で正常な通信が行えなくなるおそれがある。この通信機能を阻害するインダクタンスの減少は、ICカートのループアンテナから発信された電波が金属製の筐体に渦電流を生じさせることに起因するものである。特に、上述したようなリーダライタを内蔵させた携帯型の小型の通信端末装置の如き電子機器においては、装置本体を構成する筐体を大きくすることができないため、この筐体に組み込まれるアンテナ部を構成するループアンテナを大きくすることができない。その結果、携帯型の小型の通信端末装置とICカートとの間で情報の授受を行うためには、必然的にICカートを金属製の筐体に密着又は近接させる必要があり、金属製の筐体の影響が顕著となり、インダクタンスが著しく減少し、通信端末装置とICカートとの間での通信が行えなくなってしまう。
【0107】
そこで、本発明は、小型の携帯可能な大きさに形成された通信機能を有する電子機器、例えば、通信端末装置の薄型化と共に小型化を図りながら、装置本体を構成する筐体の強度を確保し、通信機能を備えたICカードとの間での確実な通信を実行し得る電子機器を構成したものである。
【0108】
以下、本発明を、小型の携帯可能な大きさに形成された通信機能を有する電子機器である通信端末装置に適用した例を挙げて説明する。
【0109】
本発明は、上述した図18に示すような通信端末装置70に適用することができ、更に具体的には、図29に示すように構成された通信機能を備えた通信端末装置121に適用したものである。この通信端末装置121は、図29に示すように、矩形状に形成された装置本体を構成する金属製の筐体122を備えている。筐体122は、マグネシウム合金の成型体、導電性が良好で非磁性のアルミニウム板、黄銅板、あるいは非磁性のステンレス板、鉄板等の金属板を用いて形成されている。筐体122の一方の面側には、表示部123が設けられている。表示部123は、液晶表示パネルにより構成され、筐体122の一方の側に位置して設けられている。この表示部123は、液晶表示パネルにより構成され、当該通信端末装置121により処理される情報や処理内容等が表示される。
【0110】
筐体122の一方の面側の中央部には、各種操作を行うための複数の操作ボタン124等からなる入力部125が設けられている。
【0111】
筐体122の表示部123が設けられる側とは反対側の端部には、この通信端末装置121との間で情報の通信が行われるICカード110が載置されるカード載置部126が設けられている。カード載置部126は、筐体122の表示部123や入力部125が設けられる表面側に設けられている。筐体122内のカード載置部126に対向する位置には、上述した図8に示すように構成された平面非対称型ループアンテナ80又は図9に示すように構成された図10に示す用に構成された立体非対称型ループアンテナ90が設けられている。図29に示す通信端末装置121は、図10に示すループアンテナ90を通信用アンテナ部として用いている。通信用アンテナ部の具体的な構成については、上述した各ループアンテナ80,90の説明を参照し、更なる詳細な説明は省略する。
【0112】
更に、筐体122内には、ICカード110に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ(R/W。)、当該通信端末装置121を構成する各部を制御する制御部が設けられている。制御部は、例えば、入力部125から入力される操作指令信号等の基づいて、R/WによるICカード110からの読み出しデータ等を表示部123に表示する。
【0113】
ここで、通信端末装置121との間で情報の授受が行われるICカード110を更に具体的に説明する。ここで用いられるICカード110は、JIS規格に準拠した識別カード同じ大きさに形成されている。ICカード110は、図29及び図30に示すように、長辺方向の長さLを86mmとし、短辺方向の幅Wを54mmとし、厚さDを0.76mmとする長方形状に形成されている。ICカード110を構成する合成樹脂を主たる構成材料として構成されたカード本体111内には、通信端末装置121との間で送受信される情報が記録されるメモリや通信を制御する制御する回路部を有するIC112やその他の電子部品が内蔵されている。
【0114】
カード本体111には、通信端末装置121側の通信用アンテナ部を構成する立体非対称型ループアンテナ90との間で通信を行うアンテナ部115が設けられている。ICカード110のアンテナ部115は、矩形状のカード本体111の外周囲、すなわち、カード本体111の相対向する一方及び他方の長辺111a,111b及び相対向する一方及び他方の短辺111c,111dに沿うよう導電を矩形状に巻回してループアンテナとして形成されている。すなわち、ICカード110に設けられるアンテナ部115は、カード本体111の各長辺111a,111bに沿う長辺部115a,115b及び各短辺111c,111dに沿う短辺部115c,115dとを有する矩形状のループアンテナとして形成されている。
【0115】
なお、長方形状に形成されたICカード110のうち、カード本体111のいずれか一方の長辺111a,111bに沿ういずれか一方の長辺部115a,115bを通信用アンテナ部に近接させて通信を行うように構成する場合には、短辺部115c,115dは、必ずしも他方の短辺111c,111dに沿う必要はなく、これら短辺に傾斜させたものであってもよい。
【0116】
ICカード110に設けられるアンテナ部115は、各長辺部115a,115bを構成する巻線の間隔及び線幅を非対称としたものであってもよい。すなわち、一方の長辺部111aの巻線の幅及び間隔を大きくすることにより、アンテナ部115により形成される放射磁界分布を制御することにより、通信端末装置121との通信可能範囲を更に広げるようにしてもよい。
【0117】
本発明に係る通信端末装置121は、上述したような大きなの長方形状に形成されたカード本体111を有し、このカード本体111の外周囲に沿ってアンテナ部115を設けたICカード110が筐体122の表面に設けたカード載置部126に接近して対向されたとき、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115b側のみが重なる位置に立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。
【0118】
なお、筐体122の表面に構成されたカード載置部126には、筐体122内に配置した立体非対称型ループアンテナ90の位置を示し、更に、ICカード110の接近位置を示す指標部127が設けられている。指標部127は、筐体122の表面に印刷により形成され、あるいは筐体122の一部に刻印を施して設けられる。指標部127は、記号や図形のみならず、ICカード110のいずれか一方の長辺111a,111bを接近させる位置であることを示す文字等により構成したものであってもよい。
【0119】
ここで、通信端末装置121の筐体122内に設けられるループアンテナ90の位置を更に具体的に説明すると、このループアンテナ90は、ICカード110のいずれか一方の長辺111a,111bを指標部127に対応させるように接近させたとき、図30に示すように、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bが筐体122の一方の端部122aから突出する位置に設けられる。このとき、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか他方の長辺部115a,115bがループアンテナ90に対向される。
【0120】
すなわち、通信端末装置121側のループアンテナ90は、図30に示すように、筐体122の一方の端部122aからICカード110の短辺111c,111dの幅Wより小さい領域内に位置して配置されている。
【0121】
本発明に係る通信端末装置121にあっては、ICカード110がいずれか一方の長辺111a,111bを指標部127に接近させてカード載置部126上に接近されると、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bがループアンテナ90に対向し、いずれか他方の長辺部115a,115bが金属製の筐体122の外部に突出した状態となる。
【0122】
本発明に係る通信端末装置121においては、ICカード110を筐体122に接近させたとき、ICカード110側のアンテナ部115において、金属製の筐体122と対向しない長辺部115a,115bが得られる。その結果、ICカード110との間で金属製の筐体122の影響を受けることなくICカード110に書き込まれ、又は上記ICカード110から読み出される情報の授受の通信が行われる。
【0123】
すなわち、通信端末装置121とICカード110との間の通信は、ループアンテナ90とICカード110の金属製の筐体122と対向しない長辺部115a,115bとの間で実現できるため、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を防止して通信を行うことができる。
【0124】
本発明に係る通信端末装置121において、ICカード110との間での一層確実な通信を行うためには、金属製の筐体122のループアンテナ90が配設される部分の幅WをICカード110の長辺方向の長さL幅より小さくすることが望ましい。このように筐体122を構成するすることにより、ICカード110をカード載置部126に接近させ、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ねるように対向させたとき、アンテナ部115の短辺部115c,115dを筐体122の側方に突出させて位置させることができるので、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を一層確実に防止できる。
【0125】
本発明に係る通信端末装置121においては、ICカード110が、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ね、いずれか他方の長辺部115a,115bを金属製の筐体122に重ねられないように位置してカード載置部126上に接近されるように、カード載置部126側に位置決め部130を設ける。位置決め部130は、図31に示すように、カード載置部126のICカード110のループアンテナ90に重ね合わせられる側のいずれか一方の長辺111a,111b側が突き当てられる段差部として構成される。
【0126】
このように通信端末装置121に対するICカード110の接近位置を規定する位置決め部130を設けることにより、ICカード110側のアンテナ部115とループアンテナ90との位置関係を正確に位置決めし、アンテナ部115の金属製の筐体122と重ねられない部分を確実に得ることができるので、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を一層確実に防止できる。
【0127】
更に、本発明に係る通信端末装置121において、ICカード110との間で通信を行うループアンテナ90は、図32に示すように、金属製の筐体122の一のコーナ部に設けるようにしてもよい。この場合には、ICカード110は、図32に示すように、ループアンテナ90が配設された金属製の筐体122のコーナ部を覆うようにして配置される。このように金属製の筐体122を矩形状とし、矩形状の筐体122のコーナ部にループアンテナ90を配することにより、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ね、いずれか他方の長辺部115a,115bを金属製の筐体122に重ねないように位置してICカード110をカード載置部126に配置することができ、上述した通信端末装置121と同様に、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を抑え、確実な通信が可能となる。
【0128】
更に、本発明に係る通信端末装置121に用いられるICカード110は、上述したような矩形状のものに限られず、図33に示すように円形のものであってもよい。このICカード110は、円盤状のカード本体141の外周縁に沿って導線を巻線した円環状のアンテナ部145を備えたものであってもよい。この場合においても、通信端末装置121に設けられるループアンテナ90は、円形のICカード110を金属製の筐体122に接近させたとき、円環状のアンテナ部145の一部のみが重なり、他の部分が金属製の筐体122の外方に位置し化なさることない位置に設けられる。この通信端末装置121においても、金属製の筐体122内に配置したループアンテナ90の位置を示し、ICカード110の周縁を接近させる位置を示す指標部127が設けられる。
【0129】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができる。
【0130】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る電子機器は、筐体を金属により作製しながら、この金属製の筐体の影響を抑えてICカードとの間で通信を行うことができるので、ICカードに書き込まれ、又は上記ICカードから読み出される情報を確実に授受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のRFIDシステムを示す模式図である。
【図2】従来のR/W用のループアンテナを示す平面図である。
【図3】上記従来のR/W用のループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図4】上記従来のR/W用のループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図5】上記従来のR/W用のループアンテナを金属筐体に配置した場合の磁場分布を示す模式図である。
【図6】上記従来のR/W用のループアンテナを樹脂筐体に配置した場合を示す断面図である。
【図7】本発明に係る電子機器に用いられるRFIDシステムの構成を示す回路図である。
【図8】平面非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図9】上記平面非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図10】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図11】上記立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図12】磁性体シートの比透磁率と通信範囲との関係を示す特性図である。
【図13】磁性体シートのMs・tと通信距離との関係を示す特性図である。
【図14】合成樹脂製の筐体の場合において、平面対称型ループアンテナ、平面非対称型ループアンテナ及び立体非対称型ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図15】金属製の筐体の場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図16】磁性体シートを配置しない場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図17】磁性体シートを配置した場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図18】通信端末装置の構成を示す平面図である。
【図19】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナを示す断面図である。
【図20】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図21】磁性体シートの製造工程を示すフローチャートである。
【図22】押出し成形機を示す模式図である。
【図23】塗布装置を示す模式図である。
【図24】Aは、磁性体シートを示す平面図であり、Bは、磁性体シートを示す断面図である。
【図25】ループコイルを示す平面図である。
【図26】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図27】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが柔らかい場合を示す要部断面図である。
【図28】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが硬い場合を示す要部断面図である。
【図29】本発明が適用された電子機器である通信端末装置とこの通信端末装置に用いられるICカードを示す斜視図である。
【図30】本発明が適用された通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【図31】本発明が適用された他の例の通信端末装置とICカードを示す斜視図である。
【図32】本発明が適用された更に他の例の通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【図33】本発明が適用された更に他の例の通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【符号の説明】
80 平面非対称型ループアンテナ、 90 立体非対称型ループアンテナ、110 ICカード、 112 IC、 115 アンテナ部、 121 通信端末装置、 122 筐体、 126 カード載置部、 130 位置決め部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device having a communication function of writing and reading data to and from a non-contact type IC card that inductively couples an electromagnetic field.
[0002]
[Prior art]
In recent years, so-called RFID (Radio Frequency IDentification) systems using non-contact IC cards and IC tags have been introduced in fields such as railway automatic ticket gates, security systems for entering and exiting buildings, and electronic money systems. Has begun to be. This RFID system, as schematically shown in FIG. 1, includes a non-contact type IC card 100 and a reader / writer 101 which writes and reads data to and from the IC card 100. In this RF system, based on the principle of electromagnetic induction, when a magnetic flux is radiated from the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side, the radiated magnetic flux is magnetically coupled to the loop antenna 103 on the IC card 100 side by inductive coupling. Then, communication is performed between the IC card 100 and the reader / writer 101.
[0003]
In such an RFID system, unlike a conventional contact type IC card system, it is not necessary to load an IC card on a reader / writer or contact a metal contact, and data can be written and read easily and at high speed. It can be carried out.
[0004]
In this RFID system, necessary power is supplied from the reader / writer 101 to the IC card 100 by electromagnetic induction. Therefore, there is no need to provide a power source such as a battery in the IC card, and the configuration can be simplified and the price can be reduced. A highly reliable IC card can be provided.
[0005]
In the above-described RFID system, in order to secure a sufficient communication range between the IC card 100 and the reader / writer 101, a loop antenna 102 capable of radiating an electromagnetic field having a certain magnetic field strength is provided on the reader / writer 101 side. Must be provided.
[0006]
In general, the loop antenna 102 for the reader / writer 101 is composed of a loop coil 200 in which a conducting wire is wound in a planar shape as shown in FIG. 2, and the loop coil 200 faces each other with a center portion thereof interposed therebetween. It has a symmetrical shape with equal spacing and line width between each winding. In addition, as these specific examples, the main body side antenna 90 connected to the Reader / Writer module 91 (for example, refer to Patent Document 1) and the AG1, AG2, and AG3 of the read / write device RW2 (for example, Patent Document 2) And the like.).
[0007]
Accordingly, the loop antenna 102 for the reader / writer 101 having such a symmetric shape has a symmetric magnetic field distribution as shown in FIG.
[0008]
FIG. 4 shows the card position dependence of the current intensity induced in the IC card 100 by the loop antenna 102. The two communicable areas S1 ', S2 'will be formed. Specifically, the communicable region S1 'is an ideal region where the magnetic fields generated from the four opposing sides of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side and the loop antenna 103 on the IC card 100 side are inductively coupled at their respective positions. In contrast to this, when the communication area is outside the communicable area S1 ', the loop area on the IC card 100 side in the central area where the direction of the magnetic field generated by the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side is reversed. Since the magnetic fields intersecting with the antenna 103 cancel each other, the induced current becomes lower than the level required for communication. Further, when going outward, only one of the four sides of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side and the loop antenna 103 on the IC card 100 side is coupled to each other. A small and narrow communicable area S2 'appears.
[0009]
In FIG. 4, the origin 0 on the horizontal axis indicates the center position of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side, and the positive direction indicates the direction in which the IC card 100 faces outward from the origin 0. On the other hand, the vertical axis indicates the induced current intensity generated by the magnetic field of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side by the electromagnetic induction in the loop antenna 103 on the IC card 100 side, and is equal to or more than the value indicated by a dotted line s ′ in FIG. The area becomes a communicable area.
[0010]
Here, when the center position of the loop antenna 103 on the IC card 100 side matches that of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side, that is, as the communicable area S1 'continuously and greatly widens from the origin 0, the usability increases. Will be good.
[0011]
In the above-described conventional loop coil 200, when going outward from the origin 0, it temporarily deviates from the communicable area S1 'to enter a non-communicable area, and moves further outward to reenter the communicable area S2'. Will be. From a practical point of view, it is desirable that there be no non-communicable area between the communicable area S1 'and the communicable area S2', in other words, only the communicable area S1 'be expanded.
[0012]
Such a loop antenna 102 for the reader / writer 101 cannot be used by being directly attached to a metal case made of a Mg alloy or the like due to the influence of eddy current or the like. For this reason, as shown in FIG. 5, when a metal casing 300 is used, a magnetic sheet 301 is interposed between the casing 300 and the loop coil 200, and protection is provided on the loop coil 200. The structure is such that a resin sheet 302 made of a material such as polycarbonate is arranged. Also in this case, the loop antenna 102 for the reader / writer 101 cannot efficiently radiate an electromagnetic field to the IC card 100, and the communicable range between the IC card 100 and the reader / writer 101 becomes narrow. Problems arise.
[0013]
When the housing 400 is made of a synthetic resin, as shown in FIG. 6, the electric circuit board 401 and the loop antenna 102 in the synthetic resin housing 400 are used to prevent electromagnetic induction noise from being generated in the electronic circuit. It is necessary to arrange the spacer 402 between them, and the thickness increases. The loop antenna 102 for the conventional reader / writer 101 has substantially the same size as the loop antenna 103 on the IC card 100 side. With such a conventional loop antenna 102 for the reader / writer 101, it is difficult to reduce the size and thickness.
[0014]
While there are technical difficulties as described above, for example, the above-described reader / writer 101 may be mounted on a synthetic resin housing or a metal housing constituting a portable small electronic device. . In this case, a loop antenna 102 for a reader / writer that is equal to or smaller than the outer shape of the IC card 100 and is thin is required.
[0015]
The portable small electronic device described above is different from the fixedly mounted electronic device in that the size of the device is limited, and therefore, even if the arrangement space is devised, the electromagnetic field radiated by the loop antenna 102 will be inside. In order to reduce the influence on the electronic circuit board and the like disposed close to each other and to reduce the influence on the loop antenna 102 by the metal housing, there is a great restriction in securing the internal space. . Therefore, a new method for reducing the influence of the metal casing on the loop antenna 102 and the influence of the electromagnetic field radiated by the loop antenna 102 itself on the electronic circuit board and the like are desired.
[0016]
Further, portable small electronic devices are strongly demanded for low power consumption, cannot afford to increase the drive current of the loop antenna 102, and have a high efficiency that can secure a sufficient magnetic field strength even with a small drive current. A new antenna structure is required.
[0017]
Still further, a portable electronic device may not always have a desired R / W 101 transmission / reception position due to a loop antenna, depending on the installation location restrictions and the positional relationship with a location for performing other functions such as a keyboard constituting an operation unit. There is also a unique request for a small portable electronic device that does not become the center of the device 102 and that it is desired to freely set the transmitting / receiving position in consideration of usability.
[0018]
By the way, as a conventional technique capable of reducing the influence of the metal housing on the loop antenna 102 by a method other than the spatial arrangement, an IC tag antenna using a plate-shaped magnetic material to reduce the influence of a metal body (for example, see Patent Document 1) 3), and a card loader antenna using a magnetic material to deflect the antenna magnetic field to reduce the influence of a metal body (see, for example, Patent Document 4).
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-10-144048 (page 3-4, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-2001-331829 (page 19, FIG. 16)
[Patent Document 3]
JP 2001-331772 A
[Patent Document 4]
JP-A-2002-123799
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional technologies realize an optimal small and thin R / W loop antenna for a portable small electronic device in which power consumption and installation place are materially and spatially limited. Is difficult.
[0021]
An object of the present invention is to provide a new electronic device with a communication function that can solve the problems of the conventional technology as described above.
[0022]
Another object of the present invention is to provide an electronic device with a communication function that enables accurate transmission and reception of write and / or read information by reducing the influence of a material forming a housing that forms a device main body. It is in.
[0023]
Still another object of the present invention is to provide an electronic device with a communication function that enables further miniaturization and higher performance of the device itself.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, an electronic device with a communication function according to the present invention includes a metal housing for housing components and a communication function that is disposed in the housing and includes a loop antenna. A communication antenna unit for communicating with the IC card, wherein the communication antenna unit is configured such that when the IC card approaches the housing, a part of the antenna unit built in the IC card becomes part of the communication antenna unit. The antenna is disposed on the housing such that the antenna overlaps and a part of the antenna portion on the IC card side does not overlap with the housing. Here, a loop antenna composed of a loop coil is used for the antenna unit on the IC card side.
[0025]
The metal housing has at least a communication antenna unit disposed therein and a width of an area where a part of the IC card is opposed to the IC card, which has a rectangular shape having at least a short side and a long side. It is smaller than the length in the long side direction.
[0026]
The metal housing of the electronic device according to the present invention is provided with an index portion that indicates the position of the antenna portion provided in the housing.
[0027]
In a region of the metal housing facing the IC card, a positioning portion for positioning a position facing the housing of the IC card is provided.
[0028]
The electronic device according to the present invention, when an IC card having a communication function with a built-in antenna is approached to a metal case, that is, when the IC card is positioned on the case, the Only a part thereof overlaps with a part of the communication antenna portion on the housing side, thereby preventing deterioration of communication characteristics for transmitting / receiving information to / from the IC card.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an electronic device with a communication function according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
First, an antenna device used in an electronic device with a communication function according to the present invention will be described. This antenna device is used in an RFID system having a configuration as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the RFID system includes a non-contact type IC card 1 and a reader / writer (hereinafter, referred to as R / W) 50 for writing and reading data to and from the IC card 1. I have.
[0031]
The IC card 1 is a so-called batteryless IC card which does not include a power supply such as a battery compliant with ISO7810. This IC card is formed in a rectangular shape having the short side and the long side of the same size as a so-called credit card, that is, a size that can be put on a palm. In the IC card 1, a loop antenna 2 for transmitting and receiving data in combination with an electromagnetic field, an electronic circuit and a memory for performing various processes for writing and reading data are integrated on a substrate provided therein. IC (Integrated Circuit) 3.
[0032]
The loop antenna 2 includes a loop coil 4 in which a conductive wire is wound in a plane, and forms a resonance circuit together with a capacitor 5 connected in parallel with the loop coil 4. The loop antenna 2 is coupled to an electromagnetic field radiated from a loop antenna on the R / W 50 side, which will be described later, converts the coupled electromagnetic field into an electric signal, and supplies the electric signal to the IC.
[0033]
The IC 3 includes a rectifier circuit 6 that rectifies and smoothes the electric signal supplied from the loop coil 4, a regulator 7 that converts the electric signal supplied from the rectifier circuit 6 into DC power, and a rectifier circuit 6 that converts the electric signal supplied from the rectifier circuit 6. An HPF (High Pass-Filter) 8 for extracting a high frequency component, a demodulation circuit 9 for demodulating a high frequency component signal input from the HPF 8, and data writing and data corresponding to the data supplied from the demodulation circuit 9. It includes a sequencer 10 for controlling reading, a memory 11 for storing data supplied from the demodulation circuit 9, and a modulation circuit 12 for modulating data transmitted by the loop coil 4.
[0034]
The rectifier circuit 6 includes a diode 13, a resistor 14, and a capacitor 15. The anode terminal of the diode 13 is connected to one end of the loop coil 4 and one end of the capacitor 5, the cathode terminal of the diode 13 is connected to one end of the resistor 14 and one end of the capacitor 15, and the other end of the resistor 14 and the capacitor 15 are connected to the loop coil 4. And the other end of the capacitor 5. The rectifier circuit 6 outputs an electric signal obtained by rectifying and smoothing the electric signal supplied from the loop coil 4 to the regulator 7 and the HPF 8.
[0035]
The regulator 7 is connected to the cathode terminal of the diode 13 of the rectifier circuit 6, the resistor 14, and one end of the capacitor 15. The regulator 7 suppresses the voltage fluctuation (data component) of the electric signal supplied from the rectifier circuit 6 and stabilizes the voltage, and then supplies the DC signal to the sequencer 10 as DC power. As a result, voltage fluctuations caused by, for example, a movement of the position of the IC card 1 and voltage fluctuations caused by a change in power consumption in the IC card 1 which cause a malfunction of the sequencer 10 or the like are suppressed.
[0036]
The HPF 8 includes a capacitor 16 and a resistor 17, extracts a high-frequency component of the electric signal supplied from the rectifier 6, and outputs the extracted high-frequency component to the demodulator 9.
[0037]
The demodulation circuit 9 is connected to the other end of the capacitor 16 of the HPF 8 and one end of the resistor 17. The demodulation circuit 9 demodulates a high-frequency component signal input from the HPF 8 and outputs the signal to the sequencer 10.
[0038]
The sequencer 10 has a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) therein, and is connected to the demodulation circuit 9 described above. The sequencer 10 stores a signal (command) input from the demodulation circuit 9 in a RAM, analyzes the signal according to a program stored in the ROM, and stores the signal in a memory 11 as necessary based on the analyzed result. The stored data is read, or the data supplied from the demodulation circuit 9 is written to the memory 11. The sequencer 10 generates a response signal and supplies it to the modulation circuit 12 in order to return a response corresponding to the command.
[0039]
The memory 11 is a non-volatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) that does not require power to hold data, and is connected to the above-described sequencer 10. The memory 11 stores data supplied from the demodulation circuit 9 based on the analysis result of the sequencer 10.
[0040]
The modulation circuit 12 is composed of a series circuit of an impedance 18 and an FET (Field Effect Transistor) 19, and one end of the impedance 18 is connected to the cathode terminal of the diode 13 of the rectifier circuit 6 described above. Is connected to the drain terminal of the FET 19, the source terminal of the FET 19 is connected to the ground point, and the gate terminal of the FET 19 is connected to the sequencer 10. The modulation circuit 12 is connected in parallel with the loop coil 4 constituting the above-described resonance circuit, performs a switching operation of the FET 19 in response to a signal from the sequencer 10, and varies the load of the impedance 18 on the loop coil 4. That is, a so-called additional modulation method is adopted.
[0041]
On the other hand, the R / W 50 includes a control circuit 51 for controlling data to be transmitted and received, a modulation circuit 52 and a demodulation circuit 53 for modulating and demodulating data, and a loop antenna 54 for transmitting and receiving data in combination with an electromagnetic field. And is configured.
[0042]
The control circuit 51 generates control signals for various controls in accordance with, for example, an external command or a built-in program, controls the modulation circuit 52 and the demodulation circuit 53, and generates transmission data corresponding to the command. 52. Further, the control circuit 51 generates reproduction data based on response data from the demodulation circuit 53 and outputs the reproduction data to the outside.
[0043]
In the modulation circuit 52, the transmitter modulates the transmission data input from the control circuit 51, and supplies the modulated signal to the loop antenna 54.
[0044]
The demodulation circuit 53 demodulates the modulated wave from the loop antenna 54 and supplies the demodulated data to the control circuit 51.
[0045]
The loop antenna 54 is composed of a loop coil in which a conductive wire is wound in a planar shape, radiates an electromagnetic field corresponding to the modulated wave supplied from the modulation circuit 52, and detects a load variation of the loop coil 4 on the IC card 1 side. . Note that a resonance capacitor may be connected to the loop antenna 54 in parallel or in series depending on the R / W 50 antenna driving circuit system.
[0046]
In the RFID system configured as described above, when writing of predetermined data is instructed to the ID card 1, the control circuit 51 of the R / W 50 generates a command signal for writing based on the command. At the same time, transmission data (write data) corresponding to the command is generated and supplied to the modulation circuit 52. The modulation circuit 52 modulates the amplitude of the oscillation signal based on the input signal and supplies the modulated signal to the loop antenna 54. The loop antenna 54 emits an electromagnetic wave corresponding to the input modulation signal.
[0047]
Here, the resonance frequency of the resonance circuit including the loop coil 4 and the capacitor 5 of the IC card 1 is set to a value corresponding to the oscillation frequency (carrier frequency) from the R / W 50, for example, 13.56 MHz. Therefore, the resonance circuit receives the radiated electromagnetic field by a resonance operation, converts the received electromagnetic field into an electric signal, and supplies the electric signal to the IC 3. The converted electric signal is input to a rectifier circuit 6, rectified and smoothed by the rectifier circuit 6, and then supplied to a regulator 7. Then, the regulator 7 suppresses voltage fluctuations (data components) of the electric signal supplied from the rectifier circuit 6 and stabilizes the voltage, and then supplies the electric power to the sequencer 10 as DC power.
[0048]
The signal rectified and smoothed by the rectification circuit 6 is supplied to the HPF 8 via the modulation circuit 12, and after the high frequency component is extracted, is supplied to the demodulation circuit 9. The demodulation circuit 9 demodulates the input high frequency component signal and supplies it to the sequencer 10. The sequencer 10 stores the signal (command) input from the demodulation circuit 9 in the RAM, analyzes the signal according to a program stored in the ROM, and supplies the signal to the memory 11 from the demodulation circuit 9 based on the analyzed result. Write the written write data.
[0049]
On the other hand, when the signal (command) input from the demodulation circuit 9 is a read command, the sequencer 10 reads read data corresponding to the command from the memory 11. In the sequencer 10, the FET 19 of the modulation circuit 12 performs a switching operation in accordance with the read data. That is, in the modulation circuit 12, when the FET 19 is turned on, the loop coil 4 is connected in parallel to the impedance 18, and when the FET 19 is turned off, the parallel connection between the impedance 18 and the loop coil 4 is released. As a result, the impedance of the loop antenna 54 of the R / W 50 magnetically coupled to the loop antenna 2 of the IC card 1 changes in accordance with the read data. Therefore, the terminal voltage of the loop antenna 54 changes in accordance with the change in the impedance, and the R / W 50 can receive the read data by the demodulation circuit 53 demodulating the change.
[0050]
As described above, communication is performed between the IC card 1 and the R / W 50, and writing and reading of data to and from the IC card 1 by the R / W 50 are performed in a non-contact manner.
[0051]
By the way, as the loop antenna 54 on the R / W 50 side, an antenna device 80 configured as shown in FIG. 8 was used. The antenna device 80 includes a loop coil 81 for inductively coupling an electromagnetic field, and a magnetic sheet 82 disposed opposite to a main surface of the loop coil 81 opposite to the main surface facing the IC card 1. have.
[0052]
The loop coil 81 is formed by, for example, etching a flexible insulating film such as polyimide or mica, or a conductive metal foil film such as electrolytic copper formed on both surfaces of the substrate 83. The method for producing the loop coil 81 is not limited to the above-described example. For example, a conductor pattern that becomes the loop coil 81 may be printed using a conductor paste such as a silver paste, or the substrate may be formed by sputtering a metal target. A conductor pattern serving as the loop coil 81 may be formed thereon.
[0053]
The loop coil 81 has an asymmetric shape in which the spacing and the line width between the windings facing each other across the center thereof are different in one direction. That is, the loop coil 81 has, in one direction (the vertical direction indicated by the arrow Z in FIG. 8), a lower side portion 81a in which the interval and the line width between the respective windings are reduced, and the interval and the line width between the respective windings. Has an upper side 81b that becomes wider.
[0054]
On the other hand, the magnetic sheet 82 is formed in a rectangular shape larger than the loop coil 81 so that the loop coil 81 fits within the main surface. The antenna device 80 has a structure in which a magnetic sheet 82 is attached to the surface of the loop coil 81 opposite to the surface facing the IC card 1.
[0055]
In this case, the magnetic field distribution of the antenna device 80 in one direction indicated by the arrow Z in FIG. It will be. That is, the magnetic field distribution by the antenna device 80 is asymmetric, unlike the symmetric magnetic field distribution shown in FIG.
[0056]
The antenna device 80 according to the present invention extends the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 by making the loop coil 81 asymmetrical and controlling the radiation magnetic field distribution by the loop coil 81. In both cases, it is possible to shift the communicable position in one direction. In the antenna device 80, the size of the loop coil 81 can be made smaller than that of the loop coil 4 on the IC card 1 side, so that the size can be further reduced.
[0057]
The antenna device 80 according to the present invention is configured such that the magnetic sheet 82 is disposed on the surface of the loop coil 81 opposite to the surface facing the IC card 1 so that the surface of the loop coil 81 facing the IC card 1 is disposed. Can be emphasized only. Therefore, the antenna device 80 can further expand the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 by increasing the magnetic field strength.
[0058]
The loop antenna 54 used in the above-described R / W 50 may use an antenna device 90 configured as shown in FIG.
[0059]
The antenna device 90 shown in FIG. 10 includes a loop coil 91 for inductively coupling an electromagnetic field, and a magnetic sheet 92 that is superimposed so as to penetrate the center of the loop coil 91.
[0060]
The loop coil 91 is formed by, for example, etching a flexible insulating film such as polyimide or mica, or a conductive metal foil film such as electrolytic copper formed on both surfaces of the substrate 93. The method for producing the loop coil 91 is not limited to the above-described example. For example, a conductor pattern that becomes the loop coil 91 may be printed using a conductor paste such as a silver paste, or the substrate may be formed by sputtering a metal target. A conductor pattern serving as the loop coil 91 may be formed thereon.
[0061]
The loop coil 91 has an asymmetric shape in which the spacing and the line width between the windings facing each other across the center portion are different in one direction. That is, in one direction (the vertical direction indicated by the arrow Z in FIG. 10), the loop coil 91 has a lower side portion 91a in which the interval and the line width between the windings are narrower, and the interval and the line width between the respective windings are smaller. It has an upper side portion 91b that becomes wider. In the center of the loop coil 91, a through hole 94 for allowing the magnetic sheet 92 to pass therethrough is provided.
[0062]
On the other hand, the magnetic sheet 92 has, along one direction of the loop coil 91, a rectangular wide portion 92 a that is wider than the outermost width of the winding forming the loop coil 91, It has a rectangular narrow portion 92b that is narrower than the innermost width of the winding of the loop coil 91 extending downward from the center of the lower end. That is, in the magnetic material sheet 92, the wide portion 92a has a rectangular shape larger than the loop coil 91 so that the upper side portion 91b of the loop coil 91 fits in the plane. On the other hand, the narrow portion 92b has a width sufficient to penetrate the through hole 94 of the loop coil 91, and is formed by the loop coil 91 so that the lower side portion 91a of the loop coil 91 fits within the plane. Also have a small rectangular shape.
[0063]
In the antenna device 90, the narrow portion of the magnetic sheet 92 is formed in the through hole 94 of the loop coil 91 from the surface opposite to the surface facing the IC card 1 toward the surface facing the IC card 1. The magnetic sheet 92 has a structure in which the magnetic sheet 92 is adhered to the loop coil 91 along one direction in a state where 92b is penetrated. Accordingly, in the magnetic sheet 92, in the lower side portion 91 a where the interval between the windings of the loop coil 91 is narrow, one surface side of the narrow portion 92 b faces the surface of the loop coil 91 facing the IC card 1, In the upper side portion 91b where the interval between the windings of the coil 91 is widened, the other surface side of the wide portion 92a is arranged to face the surface of the loop coil 91 opposite to the main surface facing the IC card 1.
[0064]
In this case, the magnetic field distribution in one direction indicated by arrow Z in FIG. 10 formed by the antenna device 90 is emphasized in the upper side portion 91b where the winding interval and the line width of the loop coil 91 are wide as shown in FIG. Asymmetrical one.
[0065]
Therefore, the antenna device 90 increases the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 by controlling the radiated magnetic field distribution by the loop coil 91 by forming the loop coil 91 in an asymmetric shape. It is possible to shift possible positions in one direction. In the antenna device 90, the size of the loop coil 91 can be made smaller than that of the loop coil 4 on the IC card 1 side, so that the size can be further reduced.
[0066]
In this antenna device 90, in a lower side portion 91 a where a winding interval of the loop coil 91 is narrow, a narrow portion 92 b of the magnetic sheet 92 faces a surface of the loop coil 91 facing the IC card 1. Since the wide portion 92a of the magnetic sheet 92 is disposed on the opposite side of the surface of the loop coil 91 opposite to the IC card 1 in the upper side portion 91b where the winding interval is widened, the loop coil Of the surface 91 facing the IC card 1, only the magnetic field distribution of the upper side 91b where the winding interval and the line width of the loop coil 91 are increased can be emphasized. In addition, the antenna device 90 increases the magnetic field strength of the upper side portion 91b where the winding interval and the line width of the loop coil 91 are widened, so that the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 is increased in one place. It can be greatly expanded.
[0067]
The above-described antenna devices 80 and 90 have an effective relative magnetic permeability μ ′ of 20 or more at the communication frequency in the in-plane direction of the magnetic sheets 82 and 92, and have the saturation magnetization Ms and the thickness t of the magnetic sheets 82 and 92. By setting the product Ms · t to 6 emu / cm 2 or more, the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 can be expanded.
[0068]
Specifically, when the relationship between the effective relative magnetic permeability μ ′ of the magnetic sheets 82 and 92 at the communication frequency and the communication range was examined, measurement results as shown in FIG. 12 were obtained. That is, in order to widen the communicable range of the antenna devices 80 and 90, the relative magnetic permeability μ ′ of the magnetic sheets 82 and 92 is preferably set to 20 or more, more preferably, the magnetic sheets 82 and 92. By setting the relative permeability μ ′ to 30 or more, the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 can be further expanded.
[0069]
When the relationship between the product Ms · t of the saturation magnetization Ms and the thickness t of the magnetic sheets 82 and 92 and the communication distance was examined, measurement results as shown in FIG. 13 were obtained. In order to extend the communication distance between the antenna devices 80 and 90, the product Ms · t of the saturation magnetization Ms and the thickness t of the magnetic sheets 82 and 92 is preferably 6 emu / cm 2 or more, and more preferably 10 emu / cm 2. It is preferable to make the above. The magnetic sheets 82 and 92 preferably have a holding force Hc of 10 Oe or less.
[0070]
The antenna devices 80 and 90 described above have a relative magnetic permeability μ ′ of the magnetic sheets 82 and 92 and a product Ms · of a saturation magnetization Ms and a thickness t of the magnetic sheets 82 and 92 according to a required communication range. t, and by optimizing the relative magnetic permeability μ ′ of these magnetic sheets 82 and 92 and the product Ms · t of the saturation magnetization Ms and the thickness t, the IC card 1 and the reader It is possible to widen the communicable range with the writer 50.
[0071]
In these antenna devices 80 and 90, the size of the loop coils 81 and 91 can be made smaller than that of the loop coil 4 on the IC card 1 side by improving the communication performance. The thickness of the entire electronic device such as R / W using such antenna devices 80 and 90 can be reduced to 1 mm or less, and further miniaturization and thinning can be achieved.
[0072]
Note that the above-described antenna devices 80 and 90 are not limited to those in which the intervals and the line widths between the windings of the loop coils 81 and 91 are simultaneously different. For example, only the intervals between the windings of the loop coils 81 and 91 are limited. It may be different. Further, one direction in which the loop coils 81 and 91 are asymmetrically shaped can be set to any direction in which the distribution of the radiated magnetic field should be widened. For example, the loop coils 81 and 91 may have an asymmetric shape in which the intervals and line widths between the windings of the loop coils 81 and 91 are different in the direction orthogonal to the Z direction. An asymmetric shape in which the distance between the windings 81 and 91 and the line width are different may be used.
[0073]
As described above, the antenna devices 80 and 90 described above can control the radiated magnetic field distribution of the loop coils 81 and 91 according to the direction in which the loop coils 81 and 91 are asymmetrical. It is possible to arbitrarily adjust the read / write position of / W50.
[0074]
Next, the antenna device (hereinafter, referred to as a planar asymmetric loop antenna) 80 shown in FIG. 8 described above, another antenna device (hereinafter, referred to as a three-dimensional asymmetric loop antenna) 90 shown in FIG. 10, and FIG. A conventional antenna device (hereinafter, referred to as a plane symmetric loop antenna) 200 shown in FIG. 14 is disposed in a case formed using a synthetic resin shown in FIG. 14 and a case formed using a metal shown in FIG. The comparison of the communication performance with the case where it was placed on the body was performed.
[0075]
Note that the conventional antenna device 200 used for comparison here also has a configuration in which the magnetic material sheet is disposed on the surface opposite to the surface facing the IC card.
[0076]
FIGS. 14 and 15 are characteristic diagrams showing the card position dependence of the current intensity induced in the IC card by each of the loop antennas 80, 90, and 200 disposed on the R / W side. 0 indicates the center position of each of the loop antennas 80, 90, and 200 on the R / W side, and the positive direction indicates the direction in which the IC card goes outward from the origin 0. On the other hand, the vertical axis indicates the induced current intensity generated by the magnetic field of each of the R / W loop antennas 80, 90, and 200 in the IC card side loop antenna by electromagnetic induction. Is an area where communication is possible. 14 and 15, a thin line A indicates the characteristics of the planar symmetric loop antenna 200, a medium thick line B indicates the characteristics of the planar asymmetric loop antenna 80, and a thick line C indicates the three-dimensional asymmetric loop antenna 90. The characteristics of
[0077]
When each of the loop antennas 80, 90, and 200 is used for a synthetic resin case, the conventional plane-symmetrical loop antenna 200 has two communicable areas S1 'and S2' as shown in FIG. It can be seen that the communication range has been narrowed. On the other hand, in the planar asymmetric loop antenna 80 of the present invention, as shown in FIG. 14B, although two communicable regions S1 and S2 are formed, the communicable range of the region S1 is greatly expanded. You can see that it is. Further, in the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 of the present invention, as shown in C in FIG. 14, a communicable area S is formed only at one place from the center, and the communicable range is the largest as compared with the others. You can see that it is. The reason that the communicable region S is formed only at one position is that a single radiating magnetic field is formed as shown in the magnetic field distribution of FIG. 11 by adopting a three-dimensional asymmetric loop antenna structure. is there. Note that FIG. 9 illustrates an asymmetric phase radiation magnetic field.
[0078]
On the other hand, when each of the loop antennas 80, 90, and 200 is used in a metal housing, any of the loop antennas 80, 90, and 200 is affected by the metal housing as shown in FIG. Although the communicable range is narrower than when applied to a synthetic resin housing, the planar asymmetric loop antenna 80 and the three-dimensional asymmetric loop of the present invention are compared with the conventional planar symmetric loop antenna 200. It can be seen that the induced current of the antenna 90 is smaller and the influence of the material of the housing is smaller.
[0079]
From the above, the planar asymmetric loop antenna 80 and the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 can improve their communication performance by continuously expanding the communicable areas S1 and S outward from the origin 0. is there. In particular, in the three-dimensional asymmetric loop antenna 90, since the communicable region S can be greatly expanded at one place, the usability is good and the impedance can be reduced as compared with the planar asymmetric loop antenna 80. This is advantageous for low power consumption.
[0080]
The planar asymmetric loop antenna 80 and the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 can reduce the influence of the properties of the material forming the housing, and can communicate with the conventional planar symmetric loop antenna 200 in a communication range. It is possible to spread.
[0081]
Next, for each of the loop antennas 80, 90, and 200 described above, a comparison of the communication performance between the case where the magnetic sheet is not arranged on the surface opposite to the surface facing the IC card and the case where the magnetic sheet is arranged Was done. The results are shown in FIGS. 16 and 17 are characteristic diagrams showing the card position dependency of the current intensity induced in the IC card by each of the loop antennas 80, 90, and 200 arranged on the R / W side. The origin 0 on the horizontal axis is , R / W side, the center position of each loop antenna 80, 90, 200, and the positive direction indicates the direction in which the IC card is directed outward from the origin 0. On the other hand, the vertical axis indicates the induced current intensity generated by the magnetic field of each of the R / W-side loop antennas 80, 90, and 200 in the IC card-side loop antenna by electromagnetic induction. FIG. 16 shows the characteristics when the magnetic sheet is arranged, and FIG. 17 shows the characteristics when the magnetic sheet is not arranged. 16 and 17, a thin line A indicates the characteristic of the planar symmetric loop antenna 200, a medium thick line B indicates the characteristic of the planar asymmetric loop antenna 80, and a thick line C indicates the characteristic of the three-dimensional asymmetric loop antenna 90. Is shown.
[0082]
As shown in FIGS. 16 and 17, in each of the loop antennas 80, 90, and 200, the magnetic field intensity is stronger when the magnetic sheet is disposed than when no magnetic sheet is disposed, and as a result, It can be seen that the intensity of the induced current can be increased. By arranging the magnetic sheet on the main surface of the loop antenna opposite to the main surface facing the IC card, the induced current of the loop antenna on the IC card side is increased by increasing the magnetic field strength. , R / W is very effective in expanding the communicable range and reducing power consumption.
[0083]
Next, an example in which the above-described RFID system is applied to a communication terminal device 70 as shown in FIG. 18 will be described. This communication terminal device 70 uses the above-described three-dimensional asymmetric loop antenna 90 as the loop antenna 54 for the R / W 50.
[0084]
The communication terminal device 70 is a small electronic device called a PDA (Personal Digital Assistants) that can be carried by a user, and has a structure in which, for example, an information communication function, a storage function, a camera function, and the like are integrated in one module. are doing.
[0085]
The communication terminal device 70 has a main body 71 and a panel 72, and the panel 72 is attached to the main body 71 via a hinge mechanism 73 so as to be openable and closable. The main unit 71 is provided with an input unit 74 including operation buttons and the like for performing various operations. Below the input unit 74, the above-described three-dimensional asymmetric loop antenna 90 of the R / W 50 is disposed. ing.
[0086]
A microcomputer (CPU) that controls each unit is provided inside the main body 71. On the other hand, a display unit 75 including a liquid crystal display panel is provided in the panel unit 72, and the operation state of the input unit 74, data read from the IC card 1 by the R / W 50, and the like are controlled under the control of the CPU. Can be displayed. The hinge mechanism 73 has a CCD camera 76 mounted thereon, and the input section 74 can be operated to display an image captured by the CCD camera 76 on the display section 75.
[0087]
As shown in FIG. 19, the communication terminal device 70 has a main body 71 using a housing 77 formed of a metal such as a magnesium (Mg) alloy in order to secure rigidity in a case where the communication terminal device 70 is small, lightweight, and thin. Make up. A three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is arranged in the metal casing 77. The antenna 90 is arranged to be housed in an antenna housing recess 77 a formed inside the housing 77. The antenna 90 accommodated in the antenna accommodating recess 77a is covered with a resin member 78 such as polycarbonate as a protective material to prevent the antenna 90 from falling off. The casing 77 is not limited to such a metallic one, and may be made of a non-metallic material such as a highly rigid synthetic resin.
[0088]
Here, the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is arranged such that the one direction of the loop coil 91 corresponds to the scanning direction of the IC card 1. The IC card 1 is scanned from the side opposite to the input unit 74 of the communication terminal device 70, that is, from the lower side 91a where the winding interval and the line width of the loop coil 91 of the loop antenna 90 are reduced.
[0089]
In this case, as shown in FIG. 20, the magnetic field distribution by the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is emphasized at the upper side portion 91b where the winding interval and the line width of the loop coil 91 are widened. The communicable range S between the IC card and the R / W 50 can be greatly increased at one location by increasing the magnetic field strength of the upper side portion 91b where the line interval and line width are widened.
[0090]
Therefore, in this communication terminal device 70, the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 can be expanded, and even when the IC card 1 is scanned from the side opposite to the input unit 74, the three-dimensional It is possible to appropriately write and read data to and from the IC card 1 irrespective of the installation location of the asymmetric loop antenna 90.
[0091]
In the communication terminal device 70, even when the housing 77 forming the main body 71 is formed of metal, the communicable range between the IC card 1 and the R / W 50 is narrowed by arranging the three-dimensional asymmetric loop antenna 90. It is possible to suppress that.
[0092]
Further, since the communication terminal device 70 can make the loop antenna 90 on the R / W 50 side smaller than the loop antenna 2 on the IC card 1 side, it is possible to further reduce the size and power consumption of this device. It is.
[0093]
Next, an example of a method for manufacturing the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 mounted on the communication terminal device 70 will be described.
[0094]
The three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is manufactured according to the procedure shown in the flowchart shown in FIG.
[0095]
In order to produce the three-dimensional asymmetric loop antenna 90, first, a magnetic sheet 92 is produced. When manufacturing the magnetic sheet 92, first, in step S1, a magnetic paint in which a magnetic powder, a solvent, and an additive are mixed in a binder made of a rubber-based resin is manufactured. Here, an Fe-based magnetic material containing 96% by weight of Fe, 3% by weight of Cr, 0.3% by weight of Co, and other magnetic materials was used as the magnetic powder.
[0096]
Thereafter, in step S2, the magnetic paint is filtered to produce a magnetic paint in which the magnetic powder having a predetermined particle size or more has been removed from the binder.
[0097]
Next, in step S3, the extruder shown in FIG. 22 is used to extrude the magnetic paint 96 stored in the liquid reservoir 95 from between the pair of rollers 97a and 97b, while elongating the magnetic paint 96 to a predetermined thickness. Is manufactured.
[0098]
Next, in step S4, the long magnetic material sheet 92 is dried, and the binder is removed from the magnetic material sheet 92.
[0099]
Next, in step S5, the adhesive 99 is applied to one surface of the magnetic sheet 92a while sandwiching the band-shaped magnetic sheet 92 between the pair of rollers 98a and 98b using the application device shown in FIG. I do.
[0100]
Next, in step S6, the band-shaped magnetic sheet 92 is stamped and pressed into a predetermined shape.
[0101]
As described above, the magnetic sheet 92 as shown in FIGS. 18A and 18B is manufactured.
[0102]
Next, as shown in FIG. 24, the above-described loop coil 91 is prepared. As described above, the loop coil 91 is formed by etching a flexible insulating film such as polyimide or mica or a conductive metal foil film such as electrolytic copper formed on both surfaces of the substrate 93. The method for producing the loop coil 91 is not limited to the above-described example. For example, a conductor pattern that becomes the loop coil 91 may be printed using a conductor paste such as a silver paste, or the substrate may be formed by sputtering a metal target. A conductor pattern serving as the loop coil 91 may be formed thereon. In the center of the loop coil 91, a through hole 94 for allowing the magnetic sheet 92 to penetrate is formed.
[0103]
Next, as shown in FIG. 26, the narrow portion 92b of the magnetic sheet 90 is made to pass through the through hole 94 of the loop coil 91, and the loop coil 91 and the magnetic sheet 92 are pasted in one direction. Match. At this time, the surface of the magnetic sheet 92 on which the adhesive 99 is applied faces the surface of the loop coil 91 facing the IC card 1. At a lower side portion 91a where the winding interval of the loop coil 91 becomes narrow, a narrow portion 92b is attached to the main surface of the loop coil 91 facing the IC card 1. Thereby, in the upper side portion 91b where the winding interval of the loop coil 91 is widened, the wide portion 92a can be attached to the above-described antenna housing recess 77a of the communication terminal device 70.
[0104]
Through the above-described steps, the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 can be manufactured. As described above, the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 has a structure in which the magnetic sheet 92 is pierced in the through hole 94 of the loop antenna 91, and the magnetic sheet 92 is superimposed on the loop antenna 90 and adhered with the adhesive 99, thereby facilitating the manufacture. .
[0105]
As shown in FIG. 27, the magnetic material sheet 92 preferably has relatively soft flexibility. In this case, deformation of the lower side portion 91a and upper side portion 91b of the loop coil 91 due to deformation of the magnetic material sheet 92 can be suppressed, and the overall thickness T1 of the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 can be reduced. On the other hand, as shown in FIG. 28, when the magnetic sheet 92 is hard, the deformation of the lower side portion 91a and the upper side portion 91b of the loop coil 91 increases, and the overall thickness of the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is increased. T2 becomes thick.
[0106]
By the way, as described above, a built-in antenna unit using the planar asymmetric loop antenna 80 or the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is provided. In an electronic device configured to transmit and receive information, for example, in a communication terminal device as described above, a case forming a device main body having a built-in antenna portion is made of a metal such as magnesium alloy, aluminum, stainless steel, or iron. If it is formed, the IC card will not operate properly when the IC card is brought close to the metal housing. That is, when a loop antenna, which is an antenna using an air-core type coil, is used for each of the communication terminal device side and the IC card side, when the casing of the communication terminal device is made of metal, it is provided on the IC card. Since the inductance of the loop antenna decreases and the resonance frequency increases, normal communication may not be performed between the communication terminal device and the IC card. The decrease in the inductance that hinders the communication function is caused by the fact that radio waves transmitted from the loop antenna of the IC cart generate eddy currents in the metal housing. In particular, in an electronic device such as a portable communication terminal device having a built-in reader / writer as described above, the size of the housing constituting the device main body cannot be increased. Cannot be made large. As a result, in order to exchange information between the portable small communication terminal device and the IC cart, the IC cart must be in close contact with or close to a metal casing, and the The effect of the housing becomes remarkable, the inductance is significantly reduced, and communication between the communication terminal device and the IC cart cannot be performed.
[0107]
Therefore, the present invention secures the strength of a housing constituting a main body of an electronic device having a communication function formed in a small and portable size, for example, while reducing the thickness and size of a communication terminal device. In addition, the present invention constitutes an electronic device capable of executing reliable communication with an IC card having a communication function.
[0108]
Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a communication terminal device that is a small electronic device having a communication function and formed in a portable size will be described.
[0109]
The present invention can be applied to the communication terminal device 70 as shown in FIG. 18 described above, and more specifically, is applied to the communication terminal device 121 having a communication function configured as shown in FIG. Things. As shown in FIG. 29, the communication terminal device 121 includes a metal housing 122 that forms a rectangular device main body. The housing 122 is formed using a molded body of a magnesium alloy, a nonconductive aluminum plate or brass plate having good conductivity, or a metal plate such as a nonmagnetic stainless steel plate or an iron plate. A display unit 123 is provided on one surface side of the housing 122. The display unit 123 includes a liquid crystal display panel, and is provided on one side of the housing 122. The display unit 123 is configured by a liquid crystal display panel, and displays information processed by the communication terminal device 121, processing contents, and the like.
[0110]
An input unit 125 including a plurality of operation buttons 124 and the like for performing various operations is provided at a central portion on one surface side of the housing 122.
[0111]
At the end of the housing 122 opposite to the side where the display unit 123 is provided, a card mounting unit 126 on which the IC card 110 for performing information communication with the communication terminal device 121 is mounted. Is provided. The card placement unit 126 is provided on the front side of the housing 122 where the display unit 123 and the input unit 125 are provided. In the position facing the card mounting portion 126 in the housing 122, the planar asymmetric loop antenna 80 configured as shown in FIG. 8 described above or the configuration shown in FIG. The configured three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is provided. The communication terminal device 121 shown in FIG. 29 uses the loop antenna 90 shown in FIG. 10 as a communication antenna unit. For the specific configuration of the communication antenna unit, refer to the description of each of the loop antennas 80 and 90 described above, and further detailed description will be omitted.
[0112]
Further, in the housing 122, a reader / writer (R / W) for writing and reading data to and from the IC card 110 and a control unit for controlling each unit constituting the communication terminal device 121 are provided. . The control unit displays data read from the IC card 110 by R / W on the display unit 123 based on, for example, an operation command signal input from the input unit 125.
[0113]
Here, the IC card 110 for exchanging information with the communication terminal device 121 will be described more specifically. The IC card 110 used here is formed in the same size as an identification card conforming to the JIS standard. The IC card 110 has a length L in the long side direction as shown in FIGS. 1 Is 86 mm, and the width W in the short side direction is 1 And the thickness D 1 Is 0.76 mm. In a card main body 111 composed mainly of a synthetic resin constituting the IC card 110, a memory for recording information transmitted to and received from the communication terminal device 121 and a circuit unit for controlling communication are provided. IC 112 and other electronic components.
[0114]
The card body 111 is provided with an antenna unit 115 for communicating with the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 constituting the communication antenna unit on the communication terminal device 121 side. The antenna section 115 of the IC card 110 is provided on the outer periphery of the rectangular card body 111, that is, the opposed one and other long sides 111a and 111b of the card body 111 and the opposed one and other short sides 111c and 111d. Is formed as a loop antenna by winding a conductive body in a rectangular shape along the line. That is, the antenna unit 115 provided on the IC card 110 has a rectangular shape having long sides 115a and 115b along the long sides 111a and 111b of the card body 111 and short sides 115c and 115d along the short sides 111c and 111d. It is formed as a shaped loop antenna.
[0115]
Note that, of the IC card 110 formed in a rectangular shape, one of the long sides 115a and 115b along one of the long sides 111a and 111b of the card main body 111 is brought close to the communication antenna unit to perform communication. In the case of performing such a configuration, the short sides 115c and 115d do not necessarily have to be along the other short sides 111c and 111d, and may be inclined to these short sides.
[0116]
The antenna section 115 provided on the IC card 110 may have an asymmetrical spacing and line width between the windings constituting the long sides 115a and 115b. That is, by increasing the width and interval of the winding of one long side 111a, the radiated magnetic field distribution formed by the antenna 115 is controlled, so that the communicable range with the communication terminal device 121 is further increased. It may be.
[0117]
The communication terminal device 121 according to the present invention has a card body 111 formed in a large rectangular shape as described above, and an IC card 110 provided with an antenna unit 115 along the outer periphery of the card body 111 is a housing. When approaching and opposing the card mounting portion 126 provided on the surface of the body 122, the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 is disposed at a position where only one of the long sides 115a and 115b of the antenna portion 115 overlaps. ing.
[0118]
In addition, the card mounting portion 126 formed on the surface of the housing 122 indicates the position of the three-dimensional asymmetric loop antenna 90 arranged in the housing 122, and furthermore, the index portion 127 indicating the approach position of the IC card 110. Is provided. The indicator 127 is formed by printing on the surface of the housing 122 or provided by engraving a part of the housing 122. The indicator 127 may be constituted by not only a symbol or a figure but also a character or the like indicating a position where one of the long sides 111a and 111b of the IC card 110 is approached.
[0119]
Here, the position of the loop antenna 90 provided in the housing 122 of the communication terminal device 121 will be described more specifically. The loop antenna 90 is configured such that one of the long sides 111a and 111b of the IC card 110 is used as an indicator. As shown in FIG. 30, when approaching to correspond to 127, one of the long sides 115 a and 115 b of the antenna section 115 on the IC card 110 side protrudes from one end 122 a of the housing 122. Position. At this time, one of the other long sides 115 a and 115 b of the antenna 115 on the IC card 110 side faces the loop antenna 90.
[0120]
That is, as shown in FIG. 30, the loop antenna 90 on the communication terminal device 121 side has a width W from one end 122a of the housing 122 to the short sides 111c and 111d of the IC card 110. 1 It is located within a smaller area.
[0121]
In the communication terminal device 121 according to the present invention, when the IC card 110 approaches one of the long sides 111a and 111b to the index portion 127 and approaches the card mounting portion 126, the IC card 110 side One of the long sides 115a, 115b of the antenna unit 115 faces the loop antenna 90, and the other long side 115a, 115b projects outside the metal housing 122.
[0122]
In the communication terminal device 121 according to the present invention, when the IC card 110 is approached to the housing 122, the long sides 115 a and 115 b not facing the metal housing 122 are formed in the antenna unit 115 on the IC card 110 side. can get. As a result, communication of information exchange between the IC card 110 and the information written to or read from the IC card 110 without being affected by the metal casing 122 is performed.
[0123]
That is, since communication between the communication terminal device 121 and the IC card 110 can be realized between the loop antenna 90 and the long sides 115a and 115b that do not face the metal housing 122 of the IC card 110, The communication can be performed while preventing a decrease in the inductance caused by the housing 122 of FIG.
[0124]
In the communication terminal device 121 according to the present invention, in order to perform more reliable communication with the IC card 110, the width W of a portion of the metal housing 122 where the loop antenna 90 is disposed is set. 2 Is the length L of the IC card 110 in the long side direction. 1 Desirably smaller than the width. By configuring the housing 122 in this manner, the IC card 110 is brought closer to the card mounting portion 126, and one of the long sides 115 a and 115 b of the antenna portion 115 is opposed to the loop antenna 90 so as to overlap. In this case, the short sides 115c and 115d of the antenna unit 115 can be positioned so as to protrude to the side of the housing 122, so that a decrease in inductance due to the metal housing 122 can be prevented more reliably.
[0125]
In the communication terminal device 121 according to the present invention, the IC card 110 has one of the long sides 115a and 115b of the antenna unit 115 overlapped with the loop antenna 90 and the other of the long sides 115a and 115b is made of metal. The positioning part 130 is provided on the card placement part 126 side so as to be positioned so as not to be overlaid on the housing 122 and to be close to the card placement part 126. As shown in FIG. 31, the positioning portion 130 is configured as a step portion on which one long side 111a, 111b side of one of the sides of the card placement portion 126 that is superimposed on the loop antenna 90 of the IC card 110 abuts. .
[0126]
By providing the positioning unit 130 for defining the approach position of the IC card 110 to the communication terminal device 121 in this way, the positional relationship between the antenna unit 115 on the IC card 110 side and the loop antenna 90 is accurately determined, and the antenna unit 115 Since the portion that does not overlap with the metal housing 122 can be reliably obtained, a decrease in inductance due to the metal housing 122 can be prevented more reliably.
[0127]
Further, in the communication terminal device 121 according to the present invention, the loop antenna 90 for communicating with the IC card 110 is provided at one corner of a metal housing 122 as shown in FIG. Is also good. In this case, as shown in FIG. 32, the IC card 110 is arranged so as to cover the corner of the metal housing 122 provided with the loop antenna 90. In this manner, the metal housing 122 is formed in a rectangular shape, and the loop antenna 90 is disposed at a corner of the rectangular housing 122, so that one of the long sides 115a and 115b of the antenna unit 115 is formed as a loop antenna. 90, and the IC card 110 can be disposed on the card mounting portion 126 such that the other long side portion 115a, 115b does not overlap the metal housing 122. As in the case of 121, a decrease in inductance due to the metal housing 122 is suppressed, and reliable communication becomes possible.
[0128]
Further, the IC card 110 used in the communication terminal device 121 according to the present invention is not limited to the rectangular shape as described above, and may be a circular shape as shown in FIG. The IC card 110 may include an annular antenna section 145 in which a conductive wire is wound along the outer peripheral edge of the disk-shaped card body 141. Also in this case, when the circular IC card 110 is brought close to the metal housing 122, only a part of the annular antenna portion 145 overlaps, and the loop antenna 90 provided in the communication terminal device 121 overlaps the other. The portion is located outside the metal casing 122 and is provided at a position where it is not changed. This communication terminal device 121 is also provided with an indicator 127 that indicates the position of the loop antenna 90 disposed in the metal housing 122 and indicates the position at which the periphery of the IC card 110 is approached.
[0129]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various changes, substitutions, or equivalents can be made without departing from the spirit of the present invention. it can.
[0130]
【The invention's effect】
As described above, the electronic apparatus according to the present invention can perform communication with the IC card while suppressing the influence of the metal casing while manufacturing the casing with metal. Information written or read from the IC card can be reliably transmitted and received.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional RFID system.
FIG. 2 is a plan view showing a conventional R / W loop antenna.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the conventional R / W loop antenna.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the performance of communication with an IC card by the conventional R / W loop antenna as an induced current characteristic.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution when the conventional R / W loop antenna is arranged in a metal housing.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a case where the conventional R / W loop antenna is arranged in a resin housing.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of an RFID system used for an electronic device according to the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a planar asymmetric loop antenna.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the planar asymmetric loop antenna.
FIG. 10 is a plan view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the stereo asymmetric loop antenna.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between a relative magnetic permeability of a magnetic material sheet and a communication range.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between Ms · t of a magnetic material sheet and a communication distance.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing, in the case of a synthetic resin housing, the performance of communication with an IC card using a planar symmetric loop antenna, a planar asymmetric loop antenna, and a three-dimensional asymmetric loop antenna as an induced current characteristic.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing, in the case of a metal housing, the communication performance of each of the loop antennas with an IC card as an induced current characteristic.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a communication performance of each loop antenna with an IC card by an induced current characteristic when a magnetic sheet is not arranged.
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the communication performance of each of the loop antennas with the IC card in the case where a magnetic material sheet is arranged, by using an induced current characteristic.
FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a communication terminal device.
FIG. 19 is a sectional view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna arranged in the communication terminal device.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by a three-dimensional asymmetric loop antenna arranged in the communication terminal device.
FIG. 21 is a flowchart showing a manufacturing process of a magnetic sheet.
FIG. 22 is a schematic view showing an extruder.
FIG. 23 is a schematic view showing a coating device.
FIG. 24A is a plan view illustrating a magnetic sheet, and FIG. 24B is a cross-sectional view illustrating the magnetic sheet.
FIG. 25 is a plan view showing a loop coil.
FIG. 26 is a plan view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 27 is a cross-sectional view of relevant parts showing a case where a magnetic sheet is soft in a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 28 is a cross-sectional view of relevant parts showing a case where a magnetic sheet is hard in a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 29 is a perspective view showing a communication terminal device as an electronic apparatus to which the present invention is applied and an IC card used for the communication terminal device.
FIG. 30 is a plan view showing a state where an IC card is approached to a communication terminal device to which the present invention is applied.
FIG. 31 is a perspective view showing another example of a communication terminal device and an IC card to which the present invention is applied.
FIG. 32 is a plan view showing a state in which an IC card is approached to a communication terminal device of still another example to which the present invention is applied.
FIG. 33 is a plan view showing a state in which an IC card is approached to a communication terminal device of still another example to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 80 planar asymmetric loop antenna, 90 three-dimensional asymmetric loop antenna, 110 IC card, 112 IC, 115 antenna unit, 121 communication terminal device, 122 housing, 126 card placement unit, 130 positioning unit

Claims (9)

電子部品を収納する金属製の筐体と、
上記筐体に配置され、アンテナ部が内蔵され通信機能を備えたICカードと通信を行う通信用アンテナ部とを備え、
上記通信用アンテナ部は、上記ICカードが上記筐体に接近したとき、上記ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部が上記通信用アンテナ部の一部に重なり、上記ICカード側のアンテナ部の一部が上記筐体と重ならないように位置されて上記筐体に配設されていることを特徴とする通信機能付き電子機器。
A metal housing for storing electronic components,
A communication antenna unit for communicating with an IC card having a communication function, which is disposed in the housing and has a built-in antenna unit and a communication function;
When the IC card approaches the housing, a part of the antenna part built in the IC card overlaps a part of the communication antenna part, and the communication antenna part on the IC card side An electronic device with a communication function, wherein a part of the electronic device is disposed so as not to overlap with the housing and is provided in the housing.
上記通信用アンテナ部は、誘導結合を行うためのループコイルと、上記ループコイルの上記ICカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体とを有し、上記ループコイルは導線を平面状に巻線され、その中心部を挟んで相対向する各巻線された導線の間隔を異ならせた非対称形状とされていることを特徴とする請求項1記載の通信機能付き電子機器。The communication antenna unit has a loop coil for performing inductive coupling, and a magnetic body disposed to face a main surface of the loop coil opposite to a main surface facing the IC card, 2. The communication according to claim 1, wherein the loop coil has an asymmetric shape in which a conductive wire is wound in a planar shape, and a distance between each of the wound conductive wires opposed to each other across the center is different. Electronic equipment with functions. 上記ICカードに設けられるアンテナ部は、ループアンテナである請求項1記載の通信機能付き電子機器。The electronic device with a communication function according to claim 1, wherein the antenna unit provided on the IC card is a loop antenna. 上記筐体は、少なくとも上記アンテナ部が配設されると共に上記ICカードの一部が対向される領域の幅を、少なくとも短辺と長辺を有し長方形状に形成された上記ICカードの上記長辺方向の長さより小さくされていることを特徴とする請求項1記載の通信機能付き電子機器。The housing has at least a width of a region in which the antenna unit is disposed and a part of the IC card is opposed to the width of the rectangular shape of the IC card having at least a short side and a long side. 2. The electronic device with a communication function according to claim 1, wherein the length is smaller than a length in a long side direction. 上記通信用アンテナ部は、上記筐体の一方の端部から上記ICカードの上記短辺の幅より小さい領域内に配置されていることを特徴とする通信機能付き請求項4記載の通信機能付き電子機器。The communication function-equipped device according to claim 4, wherein the communication antenna portion is arranged within an area smaller than a width of the short side of the IC card from one end of the housing. Electronics. 上記ループコイルは、誘導結合される上記ICカード側のアンテナ部よりも小さいことを特徴とする請求項2記載の電子機器。3. The electronic device according to claim 2, wherein the loop coil is smaller than an inductively coupled antenna portion on the IC card side. 上記筐体には、上記通信用アンテナ部の位置を示す指標部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の通信機能付き電子機器。The electronic device with a communication function according to claim 1, wherein the housing is provided with an index portion that indicates a position of the communication antenna portion. 上記筐体の上記ICカードが対向される領域には、上記ICカードの上記筐体に対向する位置を位置決めする位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の通信機能付き電子機器。2. The electronic device with a communication function according to claim 1, wherein a positioning portion for positioning a position of the IC card facing the housing is provided in an area of the housing facing the IC card. machine. 上記通信用アンテナ部は、上記ICカードに書き込まれ、又は上記ICカードから読み出される情報の授受を行うことを特徴とする請求項1記載の通信機能付き電子機器。The electronic device with a communication function according to claim 1, wherein the communication antenna unit exchanges information written to or read from the IC card.
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